2. Вплив температурних деформацій деталей на технологічне обладнання.

Різна температура в окремих частинах машин і наявність температурних градієнтів по довжині і товщині стінок деталі є причинами нерівномірних теплових деформацій. Теплові деформації змінюють форму, величину зазорів і натягів в спряженнях, а також взаємне розміщення поверхонь, яке встановлюється при складанні.

Задача врахування температурних деформацій при конструюванні деталей вузлів тертя і компоновці машини зводиться до правильного призначення зазорів в спряженнях, розробці заходів для найменшого спотворення конфігурації поверхонь, які труться, в робочому стані і зменшення переміщень, які викликаються тепловою деформацією окремих її вузлів.

Для забезпечення рівномірного і постійного температурного поля в технологічних машинах і апаратах необхідно: виключити нагрівання машини проникаючими прямими сонячними променями; зменшити місцеве нагрівання підвищенням ККД механізмів; винести за границі машини або інтенсивно охолоджувати джерела теплоутворення або тепловіддачі (електродвигуни, гідромотори, баки з маслом або емульсією і т.п.); по можливості застосовувати циркуляційне змащування; використовувати при необхідності для підігрівання окремих частин нагріте повітря від вмонтованих приводів; замінити в прецизійному технологічному обладнанні клиновий привідний пас плоским, який менше нагрівається при роботі.

Температурні деформації можна в тих або інших конструкціях компенсувати в процесі встановлення вузлів і агрегатів. Часом для цього потрібне попереднє дослідження в реальних умовах, так як тепловий стан складного агрегату часом важко моделювати, а тим більше розрахувати.

Рис. 12.13 Вплив часу роботи верстата (на холостому ходу) на зміну положення шпинделя при частоті обертання: 1 - 2000об/хв; 2 - 1000 об/хв; 3 - 500 об/хв

Рис. 12.14 Вплив часу роботи верстата на зміну відносного кутового положення ((( вісі шпинделя до площини стола: а - зміна кутового положення шпинделя; б) зміна кута повороту вісі шпинделя в залежності від часу; в - зміна кутового положення стола

Коливання температури в деталях і механізмах сучасних машин і особливо прецизійного технологічного обладнання можуть викликати деформації, які приводять до випадкових переміщень, що співрозмірні з величинами допусків на точність переміщень робочих органів машини. Розглянемо вплив температурних деформацій на точність переміщень шпинделя координатно-розточного верстата. В результаті температурних деформацій вісь шпинделя може переміщатися на величину (S в площині X Y (рис.12.13), що веде до порушення точності відліку координат по осях X і Y.

Температурні деформації приводять до неперпендикулярності осі шпинделя площині столу і до неперпендикулярності оброблюваних поверхонь базовим площинам. Причиною цього може бути як зміна кутового положення шпинделя (рис.12.14,а.) так і зміна кутового положення столу відносно шпинделя (рис. 14,в).

Однією з умов нормальної роботи верстату є прямолінійність переміщення столу і "полозів", яка в першу чергу залежить від прямолінійності направляючих столу. Випробування показали, що температурні деформації приводять до згину вертикальних "полозів" в площині, що в свою чергу, супроводжується зміною кутового положення осі шпинделя, відносним зміщенням і відхиленнями від прямолінійності.

Для запобігання температурних деформацій необхідно підтримувати постійну температуру в приміщенні, де знаходиться обладнання високої точності: температура заготовок повинна дорівнювати температурі приміщення; перед початком обробки деталі верстат повинен працювати вхолосту до встановлення температурної стабільності, тобто до такого стану, коли кількість тепла, що виділяється в процесі роботи верстату, дорівнює кількості тепла, яке віддається навколишньому середовищу (звичайно час, необхідний для досягнення температури стабілізації, складає 90...120 хв.).

Рис. 12.15 Приклади зменшення впливу температурних факторів на деформації і на працездатність верстатів: а - вирівнювання температурного поля станини при пропусканні нагрітого в електродвигуні повітря; б - поворот вектора температурних зміщень шпинделя шляхом зміни кріплення бабки до станини.

При виборі параметрів і конструктивного виконання машин, а також розміщення складальних одиниць потрібно враховувати вплив температурних деформацій. Особливо необхідні заходи для відводу тепла при виборі і установці електродвигунів. Дуже інтенсивно тепло виділяється в коробці швидкостей. Випробування показали, що чим вища в'язкість масла, тим більше виділення тепла в коробках швидкостей. Це пов'язано з тим, що масло з великою в'язкістю має, відповідно, значне внутрішнє тертя; однак перевагою мастил порівняно великої в'язкості є те, що вони утворюють в зубчатих зачепленнях масляні плівки з великою несучою здатністю (рис.12.15).

Посадки з тепловими зазорами застосовують в двигунах внутрішнього згоряння, парових і газових турбінах, турбокомпресорах, в теплових приладах та інших пристроях, де в робочому стані зазор зменшується через неоднакове теплове розширення деталі, що охоплюється при однакових або неоднакових коефіцієнтах лінійного розширення їх матеріалів. Якщо індекс "a" присвоїти першій деталі, індекс "b" - другій деталі, буквою Т позначити температуру в робочому стані, а (' - відносний "гарячий" зазор (в міліметрах на 1 мм діаметра), то відносний конструкційний (складальний) зазор ( = (' + (а(Та - t0 ) - (b(Тb - t0 ), де ( - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу.

Неважко від відносних величин перейти до граничних відхилень деталей.

Пластмаси високочутливі до коливань температурні до зміни інших умов експлуатації. Експлуатаційний зазор в пластмасовому підшипнику може виявитися значно меншим установочного. Посадки в з'єднаннях з деталями із пластмас являються по суті і тепловими, відносний зазор буває вищим 0,04 мм.

Покращання умов роботи деталей машин може бути досягнуто регулюванням напряму температурної деформації. Пояснимо це на прикладі. Алюмінієві поршні при нагріванні приймають овальну форму; більша вісь овалу розташовується перпендикулярно до осі поршневого пальця. При виробництві поршнів для деяких автомобільних двигунів наформовують в площинах, перпендикулярних до бобишок, пластини із інвару, який має коефіцієнт лінійного розширення приблизно в 10 разів менший, ніж у чавуну. Завдяки стримуючому впливу інварних пластин овальності поршня і розширення його на рівні бобишок незначні, тому косим розрізом пазів часто доводять тільки до рівня бобишок.

деяких випадках приходиться застосовувати тепловий захист вузла тертя. На рис.12.16 показана конструкція важко навантаженого дискового гальма з термоізольованим натискним пристроєм. Натискний пристрій виконаний у вигляді гідроциліндра 1 , поршень 7 якого діє на гальмівний диск 4 з'єднаний з термоізолятором 3, який розміщений в розрізі поршня. Ущільнення 2 запобігає від попадання пилу і абразивних частинок в зазор між поршнем і циліндром. Увімкнення гальма здійснюється подачею під тиском робочої рідини в камери 1.

Рис.12.16 Конструктивна схема дискового гальма з термоізольованим приписним пристроєм

З метою забезпечення механічної обробки до деталей пред'являють наступні вимоги: достатня жорсткість деталей і наявність хороших установочних баз і місць кріплення для здійснення обробки; можливість групової обробки деталей при використанні універсальної оснастки; доступність по всіх елементах деталі при обробці і вимірюванні; можливість обробки з використанням нормалізованого інструменту і оснастки; рівномірне і по можливості безударне знімання матеріалу з поверхонь, що обробляються; спрощення форм механічно фасонних поверхонь; скорочення кількості поверхонь, які підлягають механічній обробці; максимальне зменшення ручних робіт.